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2023-04-25T12:03:19Z

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[[Datei:FokusX.jpg|mini|1. Bild: Fokussierung auf den Spiegel, 2. Bild: Fokussierung auf das Bild im Spiegel, 3. Bild: Fokussierung auf die Straße hinter dem Spiegel, alle Bilder mit Blende f=5,6]]
[[Datei:Florer depth of field.jpg|mini|Die Schärfentiefe endet hinter der Blüte, der Hintergrund verschwimmt. Die Blüte ist scharf eingestellt.]]
[[Datei:Christmas tree 2009.jpg|mini|Zweimal fotografierter Weihnachtsbaum Links: Autofokus ein. Rechts: Autofokus aus, Entfernung absichtlich unscharf eingestellt.]]
[[Datei:Fokussierung mit Linse clear.svg|mini|Zwei Objekte die durch eine Linse auf eine Bildfläche abgebildet werden. Das blaue Dreieck wird scharf abgebildet. Erkennbar ist dies an den Kanten: beim blauen Dreieck wird die Kante in einem Punkt abgebildet, beim grünen Dreieck wird statt der Kante ein unscharfer Kreis ([[Zerstreuungskreis]]) abgebildet.]]

Als '''Entfernungseinstellung''' (auch: '''Scharfstellung''' oder '''Fokussierung''') bezeichnet man in der [[Fotografie]] und in anderen Anwendungen [[Optik#Optische Geräte|optischer Geräte]] die Anpassung der Kamera- / Objektiveinstellung an die Objekt-Entfernung (Entfernung zwischen [[Fotoapparat|Kamera]], [[Fernglas]] etc. und Motiv), so dass das Motiv scharf abgebildet wird.

== Bei kleinen Maßstäben ==
Wenn das Motiv unendlich (oder nahezu unendlich) weit entfernt ist, zum Beispiel bei einer Landschaftsaufnahme, ist der notwendige Abstand des Objektivs vom Film (genauer: der Abstand der bildseitigen [[Hauptebene (Optik)|Hauptebene]] des Objektivs vom Film) gleich der [[Brennweite|Objektivbrennweite]]. Bei einer [[Kleinbildkamera]] und einem Objektiv mit [[Normalbrennweite]], üblicherweise 50 Millimeter, wird daher die Hauptebene des Objektivs 50 Millimeter vom Film entfernt sein.

Je näher das Motiv zur Kamera rückt, umso weiter muss die Hauptebene vom Film entfernt sein, damit die vom Motiv kommenden Lichtstrahlen sich auf dem Film in einem Punkt auf der Filmebene treffen, das Motiv also in der Aufnahme scharf erscheint (siehe [[Linsengleichung]]). Dafür wird in der Regel der Abstand des [[Objektiv (Optik)|Objektivs]] von der Bildauffangebene (Film oder Bildsensor) verändert, damit er gleich der [[Bildweite]] ist. Deshalb hat ein gewöhnliches Objektiv einen [[Schneckengang]] oder eine andere Vorrichtung, mit dem es ausgefahren werden kann, um die erforderliche Distanz einzustellen.

Bei manchen Objektiven wird gleichzeitig auch der Abstand der [[Linse (Optik)|Linsen]] voneinander verändert (siehe [[Floating elements]]), und manchmal wird nur eine Linsengruppe innerhalb des Objektivs verschoben, während der Abstand der übrigen Linsen (insbesondere der Frontlinse) vom Film gleich bleibt (siehe [[Innenfokussierung]]). Bei [[Zoomobjektiv]]en und älteren Festbrennweiten wird oft eine Frontlinsen- / Frontgliedfokussierung verwendet. Dabei wird nur die vorderste Linse oder eine Frontgruppe von wenigen Linsen nach vorn verschoben, die übrigen Linsen stehen fest.

== Bei großen Maßstäben ==
Bei der [[Diaprojektion]] oder der Vergrößerung eines [[Negativfilm|Negativs]] auf Fotopapier in der [[Dunkelkammer (Fotografie)|Dunkelkammer]] ist der [[Maßstab (Verhältnis)|Maßstab]] in der Regel größer als eins, und dann ist es meist praktischer, zur Scharfstellung den Abstand zwischen [[Diapositiv|Dia]] beziehungsweise Negativ und Objektiv zu verstellen, da dies einen kleineren Verstellweg erfordert.
Häufig wird dabei zur Beurteilung der exakten Scharfeinstellung im Fotolabor ein [[Korn-Feineinstellgerät]] verwendet. Damit kann direkt auf die stark vergrößerten entwickelten Silberhalogenid-Partikel im Film scharfgestellt werden.

Bei [[Makroaufnahme]]n kann es zweckmäßig sein, zur Feineinstellung der Schärfe den Abstand zwischen Kamera und Motiv mit einem [[Einstellschlitten]] zu verstellen.

== Fixfokus ==

Eine Ausnahme bilden [[Fixfokus-Objektiv]]e, die auf eine feste Entfernung justiert sind (in der Regel die [[hyperfokale Distanz]]) und aufgrund ihrer Bauart (kurze Brennweite, kleine Objektivöffnung) in einem größeren Entfernungsbereich (typisch 1,5 Meter bis unendlich) ausreichend scharfe Aufnahmen liefern. Man findet sie in eher einfachen Fotoapparaten, aber auch manche modernen [[Autofokus]]-Kameras bieten eine „Schnappschuss“-Einstellung (feste Entfernungseinstellung), um die insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen teilweise unzuverlässige und langsame Fokussierautomatik zu umgehen.

Keiner Entfernungseinstellung bedürfen auch [[Lochkamera]]s, die ohne Linsen auskommen. Die mit Linsen ausgestatteten Kameras werden in Abgrenzung dazu als ''fokussierende Kameras'' bezeichnet.

== Schärfentiefe ==
{{Hauptartikel|Schärfentiefe}}

Wird ein scharfer Punkt auf dem Film durch einen [[Strahlenkegel]] hergestellt, der vom Objektiv mit seiner Spitze genau auf den Film führt, so entstehen [[Unschärfe]]n, wenn der Kegel zu weit oder nicht weit genug reicht. Die Spitze wird dann entweder beschnitten oder in der spiegelbildlichen Projektion verlängert – in beiden Fällen entstehen in der Filmebene [[Zerstreuungskreis]]e, deren Durchmesser für bestimmte Bildformate normiert sind.

Im Ergebnis ist nur die Ebene präzise scharf, auf die fokussiert wurde, die Schärfe fällt davor und dahinter ab, unterschiedlich stark je nach Abbildungsmaßstab und Blende.

''Zerstreuungskreise'' werden mit der [[Blendenzahl|Blendenöffnung]] gesteuert; kleine Blendenöffnungen erzeugen kleinere Durchmesser und umgekehrt. Eine kleine Blendenöffnung führt daher zu einem größeren [[Schärfentiefe|Schärfebereich]]. Bei sehr kleinen Blenden wird die Abbildung insgesamt unschärfer, da die Bildschärfe dann durch das Sichtbarwerden von [[Beugungsscheibchen]] begrenzt wird (siehe auch [[kritische Blende]]).

In der Praxis wird ein dreidimensionaler Bereich des Motivs zuerst zum Nahpunkt des gewünschten Schärfebereichs und dann zu seinem Fernpunkt angesteuert. Die endgültige Schärfeeinstellung wird auf die Mitte zwischen beiden Werten des Objektivauszugs gesetzt. Aus diesem Wert ergibt sich die nötige Blende bei gegebenem Licht und der entsprechenden [[Verschluss (Kamera)|Verschluss]]-Zeit und [[Filmempfindlichkeit]].

== Autofokus ==
Falsche Scharfeinstellung von Hand ist neben dem Verwackeln die Hauptquelle für unscharfe Aufnahmen. Deshalb gab es seit den späten 1970er Jahren immer mehr Bestrebungen, Kameras mit automatischer Scharfeinstellung ([[Autofokus]]) zu konstruieren. Sieht man von früheren, kommerziell nicht erfolgreichen Versuchen wie der [[Pentax ME F]] aus dem Jahre 1981 ab, haben sich Autofokus-[[Spiegelreflexkamera]]s etwa seit [[1985]] durchgesetzt. Zumal in den gehobenen Preisklassen aber gibt es auch weiterhin sowohl Spiegelreflex- wie [[Sucherkamera]]s, die auf Autofokus verzichten oder aber, zumindest als Alternative, weiter die manuelle Scharfstellung erlauben.

== Digitalkameras ==
Bei [[Digitalkamera]]s steht meist schon vor der Registrierung der Aufnahme ein [[Rastergrafik|Rasterbild]] zur Verfügung (siehe auch [[Live-View]]).

Da der [[Bildschirm|Monitor]] oder der [[Elektronischer Sucher|elektronische Sucher]] der Kamera in der Regel eine geringere [[Bildauflösung]] haben als der [[Bildsensor]], besteht die Möglichkeit, mit der sogenannten [[Softwarelupe]] Ausschnitte des aufzunehmenden Bildes zu vergrößern. In diesem vergrößerten Bild kann die Schärfe des Bildausschnitts wesentlich besser beurteilt werden, was für eine manuelle Fokussierung hilfreich ist.

[[Datei:Fokus-Peaking.Vergleich.jpg|mini|Vergleich einer Detailansicht der Originalaufnahme (links) mit dem gleichen Bild mit eingeblendetem Fokus-Peaking (rechts): die scharf eingestellten Konturen des Zweigs sind gelb hervorgehoben]]

Die Kamera-[[Firmware]] kann zur Unterstützung der manuellen Entfernungseinstellung die scharf eingestellten Konturen mittels [[Fokus-Peaking]] auf dem Monitor oder im elektronischen Sucher hervorheben. Dies ist besonders bei [[Nahaufnahme]]n oder bei Aufnahmen mit eingeschränkter [[Schärfentiefe]] nützlich, um die tatsächlich eingestellte Entfernung schnell und zuverlässig erkennen zu können.

== {{Anker|beobachtende Astronomie}} Astrofotografie ==
In der [[Astrofotografie]], und allgemein der [[Beobachtende Astronomie|beobachtenden Astronomie]], hat man es stets mit praktisch unendlich weit entfernten Objekten zu tun. Hier ist der Begriff ''Entfernungseinstellung'' nicht treffend, besser wäre ''Fokussierung''. Obwohl die Objektentfernungen sich hier nicht ändern, sind die Anforderungen an ein brauchbares Verfahren zum Fokussieren besonders hoch. Es ist nötig, um Fertigungsabweichungen des Teleskops und Veränderungen der Umgebungsbedingungen (Verformung durch die Schwerkraft, Wärmedehnungen bei Temperaturänderung) zu kompensieren. Hohe Kontraste wirken sich störend aus. Hinzu kommt die Tatsache, dass Sterne nicht nur Beobachtungsobjekte, sondern auch ideale Prüfobjekte für die verwendete Technik und ihren Fokussierzustand sind. Das [[Foucaultsches Schneidenverfahren|Foucaultsche Schneidenverfahren]] stellt eine relativ einfach zu realisierende Lösung für dieses Problem dar.

Als schnelle Alternative kommen eine [[Sucherlupe]] oder ein vergrößernder [[Winkelsucher]] zum Einsatz. Hier stellt man meist einen Stern ein, der dann richtig fokussiert ist, wenn sein Bild auf der [[Einstellscheibe|Mattscheibe]] besonders stark funkelt. Bei einer Klarscheibe achtet man auf eine Verschiebung zum Linienkreuz, die bei richtiger Fokussierung nicht mehr auftritt.

== Fokussierungsfehler ==
{{Anker|Backfokus|Frontfokus}}

Beim Einstellen der gewünschten Entfernung kann es bei optischen Abbildungen zu [[Systematischer Fehler|systematischen Fehlern]] bei der Lage des [[Fokus|Brennpunktes]] kommen, die in der [[Fototechnik]] oft auch mit den dem Englischen entlehnten Begriffen '''Frontfokus''' und '''Backfokus''' (für ''Vorderbrennpunkt'' und ''Hinterbrennpunkt'') bezeichnet werden.<ref>[http://www.digitalkamera.de/Fototipp/Fokussierprobleme_bei_digitalen_Spiegelreflexkameras/4814.aspx Fokussierprobleme bei digitalen Spiegelreflexkameras], digitalkamera.de vom 5. Mai 2008.</ref>

=== Beschreibung ===
[[Datei:Front.Back.Focus.Setup.png|mini|Experimentelle Bestimmung des Fokussierungsfehlers bei einer [[Optische Abbildung|optischen Abbildung]] von fünf blauen Stäben in verschiedener [[Gegenstandsweite]] (links) mit einem [[Objektiv (Optik)|Objektiv]] (Mitte) auf eine [[Bildebene (Photographie)|Bildebene]] (rechts). Bei der Entfernungseinstellung soll die maximale Schärfe auf den mittleren Stab eingestellt werden.]]

Das Fokussieren geschieht bei einigen optischen Geräten, wie zum Beispiel [[Spiegelreflexkamera]]s, durch die manuelle Scharfstellung auf einer [[Einstellscheibe]] oder durch die [[Autofokus|automatische Fokussierung]] mit einem gesonderten [[Sensor]]. Der Fokussierungsfehler beruht bei solchen Geräten dann darauf, dass eine beim Fokussieren ermittelte Einstellung nicht dazu führt, dass ein Gegenstand in der gewünschten [[Gegenstandsweite]] in der [[Bildebene (Photographie)|Bildebene]] scharf [[Optische Abbildung|abgebildet]] wird, sondern näher liegende Gegenstände (Frontfokus) oder weiter weg liegende Gegenstände (Backfokus).

<gallery heights="240" widths="240">
Back.Focus.jpg|Aufnahme mit Backfokus auf dem vierten Stab
Correct.Focus.jpg|Aufnahme mit korrekter Fokussierung auf dem mittleren Stab
Front.Focus.jpg|Aufnahme mit Frontfokus auf dem zweiten Stab
</gallery>

Ursachen können Lagefehler bei der Abbildung mit einem Objektiv, wie zum Beispiel die [[Bildfeldwölbung]], oder Toleranzen und Dejustierungen, sowie Verzögerungen im Fokussierungssystem der Kamera sein.

[[Datei:Fokussierungsfehler.png|mini|Rechnerische Bestimmung des Fokussierungsfehlers über die Größe des [[Zerstreuungskreis]]es <math>Z</math> anhand der bildseitigen [[Apertur]] <math>D</math>, der [[Bildweite]] <math>b</math> und dem Einstellfehler <math>\Delta b</math>.]]

Die Stärke des Fokussierungsfehlers kann über die Größe des [[Zerstreuungskreis]]es <math>Z</math> bestimmt werden, der in der [[Bildebene (Photographie)|Bildebene]] aufgrund der Differenz <math>\Delta b</math> zwischen eingestellter und optimaler [[Bildweite]] <math>b</math> entsteht:

:<math>\frac{Z}{\Delta b} = \frac{D}{b}</math>

und somit

:<math>Z = \frac{D \cdot \Delta b}{b}</math>,

wobei <math>D</math> die bildseitige [[Apertur]] ist.

Für eine Abbildung aus dem Unendlichen ist [[Bildweite]] <math>b</math> minimal und gleichzeitig identisch mit der [[Brennweite]] <math>f</math>. Für diesen Fall ergibt sich unter Verwendung der [[Blendenzahl]]
:<math>k = \frac{f}{D}</math>
der maximale durch den Fokussierungsfehler bedingte Zerstreuungskreisdurchmesser zu
:<math>Z = \frac{\Delta b}{k}</math>,

==== Beispiele ====

Bei einer solchen optischen Abbildung mit einer Blendenzahl 2 ergeben sich also, abhängig von der Ungenauigkeit der Fokussierungseinstellung <math>\Delta b</math>, die Zerstreuungskreisdurchmesser <math>Z</math> der folgenden Tabelle:

{| class="wikitable" style="text-align:center"
|-
! Fokussierungsfehler <math>\Delta b</math> in µm !! Zerstreuungskreisdurchmesser <math>Z</math> in µm
|-
| 10 || 5
|-
| 100 || 50
|-
| 1000 || 500
|}

Schon bei einem Fokussierungsfehler von nur einem hundertstel Millimeter ergeben sich in diesem Beispiel also Zerstreuungskreise mit einem Durchmesser von 5 Mikrometern, die beispielsweise bei Bildsensoren mit einem [[Pixelpitch|Abstand der Bildpunkte]] in dieser Größenordnung über den [[Öffnungsfehler]] und die [[Beugungsscheibchen|Beugungsbegrenzung]] hinaus zu zusätzlichen Unschärfen in den digitalen Bildern führen.

Auch Temperaturänderungen beziehungsweise -differenzen können zu solchen Fokussierungsproblemen führen, wenn die [[Ausdehnungskoeffizient]]en oder [[Temperatur]]en in verschiedenen Bauteilen verschieden groß sind. Spiegelreflexkameras mit Kunststoffgehäusen bestehen häufig aus [[Polycarbonat]] mit einem Ausdehnungskoeffizienten von etwa 70 Millionstel pro Kelvin. Auf einer Länge von 50 Millimetern entspricht dies einer thermischen Ausdehnung von 3,5 Mikrometern pro Kelvin. Bei einem Temperaturunterschied von beispielsweise nur 5 Kelvin innerhalb des Kameragehäuses können die Entfernungen vom Objektiv zum Bildsensor und zum Autofokussensor durch thermische Effekte demnach eine Differenz von fast 20 Mikrometern haben, was dann dem Fokussierungsfehler <math>\Delta b</math> entspricht. Der daraus resultierende Zerstreuungskreis <math>Z</math> hätte in diesem Beispiel bei einer Abbildung aus dem Unendlichen mit einer Brennweite von 50 Millimetern und einer Blendenzahl von 2 einen Durchmesser von knapp 10 Mikrometern, was ebenfalls zu Unschärfen in den optischen Abbildungen führen kann.

=== Gegenmaßnahmen ===
* Fokussierungsfehler können für bestimmte Kombination von Kameras und Objektiven unter Umständen durch den [[Kundendienst]] behoben werden.
* Zur exakten Fokussierung sollte der Abstand zum Aufnahmeobjekt präzise ermittelt werden. Dabei sollte ein geeigneter [[Entfernungsmesser (Kamera)|Entfernungsmesser]] verwendet werden.
* Einige digitale [[Spiegelreflexkamera]]s bieten eine Justierung der Fokusebene über das Kameramenü. Die Korrektur ist jedoch nicht notwendigerweise für alle Objektive die gleiche, so dass oft für jede Kombination aus Kameragehäuse und Objektiv eine eigene Korrektur durchgeführt werden muss.
* Kameras mit [[Live-View]] erlauben die automatische oder manuelle Scharfstellung durch [[Kontrastmessung]] auf dem [[Bildsensor]]. Bei diesem Vorgehen gibt es keine Abweichungen zwischen den Ebenen der Scharfstellung und der Abbildung. Spiegellose Systemkameras haben daher meistens eine genauere automatische Entfernungseinstellung als Spiegelreflexkameras.<ref>[http://www.colorfoto.de/testbericht/7/7/6/2/0/2/Test_Autofokus_ColorFoto_2011-09.pdf Scharf gestellt – Phasen- gegen Kontrast-Autofokus] (PDF-Datei; 854 kB), ColorFoto, 9/2011, S. 27 bis 32.</ref>
* Durch eine Vergrößerung der [[Schärfentiefe]] kann der scharf abgebildete Bereich unter Umständen so stark erweitert werden, dass ein hinreichend großer [[Gegenstandsweite]]nbereich scharf abgebildet wird und der Fokussierungsfehler demzufolge nicht mehr sichtbar ist. Dies kann entweder durch die Verwendung kleinerer [[Bilddiagonale]]n oder durch die Einstellung größerer [[Blendenzahl]]en bewerkstelligt werden.
* Durch Verwendung von mechanisch und thermisch stabilen Gehäuseteilen mit entsprechend geringen [[Toleranz (Technik)|Fertigungstoleranzen]] und geringen oder gleichmäßigen [[Ausdehnungskoeffizient]]en können Fokussierungsfehler reduziert werden.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Fototechnik]]
[[Kategorie:Fotopraxis]]
[[Kategorie:Technische Optik]]

Entfernungseinstellung - Versionsgeschichte

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